【摘 要】
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随着城市化快速发展,城市积水内涝的风险也不断加大,尤其是下凹桥区、下穿隧道、地下通道、地下车库等纵坡较大的地方是积水内涝的高风险地区。在上述区域设置截留设施和泵站是应对积水内涝的重要措施,其中横截沟是常见的截留手段之一,但关于横截沟的水力特性、设计计算方法尚缺乏系统研究,导致横截沟在工程应用设计过程中缺乏科学依据,针对上述问题,通过理论计算、实验和数值模拟的方法,并结合横截沟的现状进行调研,开展了
【基金项目】
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水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07403001）； “十三五”水体污染控制与治理科技重大专项课题“北京市海绵城市建设关键技术与管理机制研究和示范”2017ZX07103-002;；
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随着城市化快速发展,城市积水内涝的风险也不断加大,尤其是下凹桥区、下穿隧道、地下通道、地下车库等纵坡较大的地方是积水内涝的高风险地区。在上述区域设置截留设施和泵站是应对积水内涝的重要措施,其中横截沟是常见的截留手段之一,但关于横截沟的水力特性、设计计算方法尚缺乏系统研究,导致横截沟在工程应用设计过程中缺乏科学依据,针对上述问题,通过理论计算、实验和数值模拟的方法,并结合横截沟的现状进行调研,开展了篦子宽度、重现期、道路横纵坡等参数对横截沟截流率的影响研究,重点研究了横截沟的水流流态演变和截流率变化特征。得出的主要结论如下:（1）通过对国内外关于横截沟的研究进行了系统分析,发现现有横截沟截流率公式中均没有横坡的影响,针对上述问题,借助于曼宁公式,提出了带有横坡参数的横截沟截流率计算方法。并且与实验数据进行了验证,所有工况的误差均在10%以内,取得了比较好的拟合效果。（2）通过实验发现,在流量较大时,横截沟篦上的水流容易产生水翅现象,且沿横坡方向水翅的高度逐渐增大。研究了流量从5L/s增大到44L/s,不同篦子宽度和数量时,横截沟的截留能力。当篦宽为300mm,设置一道、两道、三道横截沟的截留能力分别为19L/s、32L/s、44L/s;当只设置一道横截沟,篦宽为400mm、500mm时,横截沟的截留能力分别为32L/s、44L/s。当设置一道横截沟,篦宽为300mm、400mm、500mm时,截流率变化范围分别为79%～95%、85%～97%和91%～99%。（3）基于城市道路横截沟CFD数值模型,进一步分析了城市道路不同坡度组合和篦子宽度对横截沟截流率的影响,模拟了水流沿程流态变化特征,结果表明:沿程断面平均流速先增大后减小,流量113 L/s时,第一道横截沟篦前速度最大,其值为2.63m/s。截流率随着流量的增加而减小,随着篦宽的增加而增大,但受纵坡影响较小。流量从5L/s增大到113L/s时,一道横截沟截流率增加0.11%～3.90%;两道横截沟截流率提高截流率增加0.002%～4.50%;通过实验和模拟结果的对比发现,所有工况的模拟截流率与实验截流率误差均在6%以内,误差值随着流量的增大而增大。
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